1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6835
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
H 02P 7/00
H 02M 7/00
(54) ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
(21) Номер заявки: u 20100414
(22) 2010.04.27
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный техни-
ческий университет имени П.О.Су-
хого" (BY)
(72) Автор: Кухаренко Сергей Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образо-
вания "Гомельский государственный
технический университет имени П.О.Су-
хого" (BY)
(57)
Частотно-регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель, подключен-
ный к преобразователю частоты, состоящему из широтно-импульсного модулятора, ем-
костного фильтра, выпрямителя, фильтра радиопомех, посредством кабеля через фильтр,
конденсаторы которого соединены по схеме звезда, общая точка которой соединена с ем-
костным фильтром, отличающийся тем, что фильтр выполнен низкочастотным и содер-
жит LC компоненты, причем значение емкости C и индуктивности L определено из
условия расположения резонансной частоты фильтра на частотной оси ниже рабочей ча-
стоты широтно-импульсной модуляции, но выше частоты модулированного сигнала.
(56)
1. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических си-
стем: Учеб. пособие. - M.: Академия, 2004. - С. 272.
2. Патент РФ 89308, МПК Н 02Р 7/00. Частотно-регулируемый электропривод шахт-
ного лифта реечного типа. Опубл. 2009.11.27.
3. Андрианов М.В., Малышев Э.У. Экспериментальные исследования частотнорегу-
лируемых асинхронных двигателей для атомных станций в специальных режимах работы
// Электротехника. - 2005. - № 5. - С. 37-41.
4. Белассел Моханд-Тахар, Беспалов В.Я. Волновые параметры и перенапряжения в
различных типах обмоток асинхронных электродвигателей от ШИМ-преобразователей //
Электротехника. - 2006. - № 3. - С. 56-63.
BY6835U2010.12.30
2. BY 6835 U 2010.12.30
2
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в
системах электропривода транспортных, грузоподъемных механизмах, а также в шахтном
и скважинном оборудовании.
Известно устройство управления электрическими машинами посредством изменения
уровня и частоты питающего напряжения или тока [1, С. 185], состоящее из выпрямителя,
конденсатора емкостного фильтра, широтно-импульсного модулятора. Формирование
управляющих воздействий в таком приводе осуществляется с применением широтно-
импульсной модуляции. Модулированное воздействие передают к электрической машине
по соединительному кабелю.
С целью снижения уровня радиопомех и потерь, излучаемых в пространство соедини-
тельными кабелями, применяют входные и выходные радиочастотные фильтры.
Недостатком такого решения являются высокий уровень электрических потерь в со-
единительном кабеле и электродвигателе, а также необходимость применения дополнитель-
ных экранирующих конструкций, в частности экранированных кабелей, дополнительных
соединений в заземляющих проводах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ча-
стотно-регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель, преобразователь ча-
стоты с модулированным управляющим воздействием, включающий широтно-
импульсный модулятор, выпрямитель, емкостной фильтр и фильтр радиопомех; преобра-
зователь подключен к электродвигателю посредством гибкого экранированного кабеля
через высокочастотный RLC фильтр, общая точка звездообразного соединения конденса-
торов которого присоединена к средней точке последовательно соединенных конденсато-
ров емкостного фильтра преобразователя в звене постоянного тока. Экран кабеля
подключен к выходу нулевого провода устройства защитного отключения, а выход нуле-
вого провода устройства защитного отключения соединен с шиной заземления через рези-
стор с сопротивлением 1-10 Ом [2].
Недостатком такого устройства является неполное подавление высокочастотной энер-
гии в выходном напряжении преобразователя. Наличие высокочастотных составляющих
спектра и частот модуляции в напряжении, прикладываемом к обмоткам двигателя и ка-
белю, приводит к следующим недостаткам: разогреву изоляции кабеля и двигателя, что
снижает ресурс работы и надежность привода [3, 4]; необходимости применения экрани-
рованного соединительного кабеля, присоединяющего двигатель; необходимости приме-
нения резистора с сопротивлением 1-10 Ом в конструкции заземляющего устройства, что
нарушает работу устройства защитного отключения и противоречит требованиям электробез-
опасности; увеличению потерь энергии в резисторах высокочастотного RLC фильтра.
Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия и
надежности устройства за счет устранения высокочастотных составляющих спектра и ча-
стот модуляции на входе кабеля за счет локализации высокочастотных токов в пределах
преобразователя посредством низкочастотного фильтра.
Поставленная задача достигается тем, что в конструкции частотно-регулируемого
электропривода, содержащего электродвигатель, подключенный к преобразователю ча-
стоты, состоящему из широтно-импульсного модулятора, емкостного фильтра, выпрями-
теля, фильтра радиопомех, посредством кабеля через фильтр, конденсаторы которого
соединены по схеме звезда, общая точка которой соединена с емкостным фильтром, со-
гласно полезной модели, фильтр выполнен низкочастотным, значение емкости C и индук-
тивности L которого определено из условия расположения резонансной частоты фильтра
на частотной оси ниже рабочей частоты широтно-импульсной модуляции, но выше часто-
ты модулированного сигнала.
Структурная схема частотно-регулируемого электропривода представлена на чертеже.
Предлагаемый частотно-регулируемый электропривод содержит электродвигатель 1,
соединительный кабель 2, посредством которого двигатель соединен с LC-фильтром 3,
3. BY 6835 U 2010.12.30
3
включающим конденсаторы 4, соединенные по схеме звезда, и катушки индуктивности 5,
преобразователь частоты 6, содержащий широтно-импульсный модулятор 7, емкостной
фильтр в виде конденсатора 8, который подключен к выпрямителю сетевого напряжения 9
и широтно-импульсному модулятору 7, выпрямитель 9 включен в сеть через радиочастот-
ный фильтр 10, выход преобразователя 6 подключен к катушкам 5 низкочастотного филь-
тра 3, общая точка соединения конденсаторов 4 соединена с емкостным фильтром 8.
Работа заявляемой полезной модели обеспечивается следующим образом. При подаче
напряжения на вход преобразователя выходное напряжение с широтно-импульсного мо-
дулятора 7 поступает на вход низкочастотного фильтра 3, на выходе которого выделяется
низкочастотная огибающая управляющего напряжения. Высокочастотная составляющая
тока 11 фильтра 3 замыкается по проводу, соединяющему общую точку конденсаторов 4
низкочастотного фильтра 3 и фильтрующий конденсатор 8. Это соединение образует контур
высокочастотного тока 11 и токов с частотой модуляции, таким образом высокочастотная
составляющая тока 11, порождаемая широтно-импульсным модулятором, локализуется в
системе преобразователя частоты 6 и фильтра 3 и не поступает в соединительный кабель 2
и двигатель 1.
Значение емкости С и индуктивности L необходимо определять из условия располо-
жения резонансной частоты фильтра ω на частотной оси, определяемой по формуле:
CL
1
⋅
=ω .
Резонансная частота должна быть ниже частоты импульсов модуляции во избежание
резонансной перегрузки силовой части модулятора 7 и выше максимально возможной ча-
стоты огибающей управляющего напряжения во избежание искажения формы передавае-
мого сигнала.
Такое построение устройства позволяет исключить воздействие импульсов модуляции
на изоляцию кабеля и двигателя, что, в свою очередь, позволяет использовать кабель об-
щепромышленного назначения вместо экранированного и за счет этого снизить стоимость
электропривода, обеспечить параллельную работу устройств автоматики и защитного от-
ключения в номинальном режиме без дополнительных мероприятий по обеспечению
электромагнитной совместимости, повысить надежность и коэффициент полезного дей-
ствия электрической машины и соединительного кабеля за счет устранения высокочастот-
ного нагрева изоляции и магнитопровода.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
![BY 6835 U 2010.12.30
2
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в
системах электропривода транспортных, грузоподъемных механизмах, а также в шахтном
и скважинном оборудовании.
Известно устройство управления электрическими машинами посредством изменения
уровня и частоты питающего напряжения или тока [1, С. 185], состоящее из выпрямителя,
конденсатора емкостного фильтра, широтно-импульсного модулятора. Формирование
управляющих воздействий в таком приводе осуществляется с применением широтно-
импульсной модуляции. Модулированное воздействие передают к электрической машине
по соединительному кабелю.
С целью снижения уровня радиопомех и потерь, излучаемых в пространство соедини-
тельными кабелями, применяют входные и выходные радиочастотные фильтры.
Недостатком такого решения являются высокий уровень электрических потерь в со-
единительном кабеле и электродвигателе, а также необходимость применения дополнитель-
ных экранирующих конструкций, в частности экранированных кабелей, дополнительных
соединений в заземляющих проводах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ча-
стотно-регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель, преобразователь ча-
стоты с модулированным управляющим воздействием, включающий широтно-
импульсный модулятор, выпрямитель, емкостной фильтр и фильтр радиопомех; преобра-
зователь подключен к электродвигателю посредством гибкого экранированного кабеля
через высокочастотный RLC фильтр, общая точка звездообразного соединения конденса-
торов которого присоединена к средней точке последовательно соединенных конденсато-
ров емкостного фильтра преобразователя в звене постоянного тока. Экран кабеля
подключен к выходу нулевого провода устройства защитного отключения, а выход нуле-
вого провода устройства защитного отключения соединен с шиной заземления через рези-
стор с сопротивлением 1-10 Ом [2].
Недостатком такого устройства является неполное подавление высокочастотной энер-
гии в выходном напряжении преобразователя. Наличие высокочастотных составляющих
спектра и частот модуляции в напряжении, прикладываемом к обмоткам двигателя и ка-
белю, приводит к следующим недостаткам: разогреву изоляции кабеля и двигателя, что
снижает ресурс работы и надежность привода [3, 4]; необходимости применения экрани-
рованного соединительного кабеля, присоединяющего двигатель; необходимости приме-
нения резистора с сопротивлением 1-10 Ом в конструкции заземляющего устройства, что
нарушает работу устройства защитного отключения и противоречит требованиям электробез-
опасности; увеличению потерь энергии в резисторах высокочастотного RLC фильтра.
Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия и
надежности устройства за счет устранения высокочастотных составляющих спектра и ча-
стот модуляции на входе кабеля за счет локализации высокочастотных токов в пределах
преобразователя посредством низкочастотного фильтра.
Поставленная задача достигается тем, что в конструкции частотно-регулируемого
электропривода, содержащего электродвигатель, подключенный к преобразователю ча-
стоты, состоящему из широтно-импульсного модулятора, емкостного фильтра, выпрями-
теля, фильтра радиопомех, посредством кабеля через фильтр, конденсаторы которого
соединены по схеме звезда, общая точка которой соединена с емкостным фильтром, со-
гласно полезной модели, фильтр выполнен низкочастотным, значение емкости C и индук-
тивности L которого определено из условия расположения резонансной частоты фильтра
на частотной оси ниже рабочей частоты широтно-импульсной модуляции, но выше часто-
ты модулированного сигнала.
Структурная схема частотно-регулируемого электропривода представлена на чертеже.
Предлагаемый частотно-регулируемый электропривод содержит электродвигатель 1,
соединительный кабель 2, посредством которого двигатель соединен с LC-фильтром 3,](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)